Abschlussprüfung 2011

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1 Nachtermin Elektrizitätslehre I C Für den Draht einer Glühlampe wird die elektrische Stromstärke I in Abhängigkeit von der elektrischen Spannung U untersucht. Dabei ergeben sich folgende Messwerte: U in V I in ma Fertigen Sie ein I-U-Diagramm an Bestimmen Sie mit Hilfe des Diagramms aus die elektrische Leistung der Glühlampe bei einer Spannung von 30 V Geben Sie an, wie sich die elektrische Leitfähigkeit des Glühlampendrahts bei steigender Spannung verändert Erklären Sie mit dem Teilchenmodell die Entwicklung der Leitfähigkeit aus In nebenstehender Schaltung liefert die Elektrizitätsquelle eine konstante Gleichspannung. Der Widerstandswert R 3 beträgt. Bei geöffnetem Schalter S werden folgende Werte gemessen: Berechnen Sie den Wert des Widerstands Zeigen Sie durch Rechnung, dass der Wert der Gesamtspannung beträgt Begründen Sie, warum das Strommessgerät nach dem Schließen des Schalters S einen größeren Wert anzeigt als in Berechnen Sie den Wert des Gesamtwiderstands, wenn das Spannungsmessgerät nach dem Schließen des Schalters S einen Wert von anzeigt.

2 Nachtermin Elektrizitätslehre II C In einem Versuch entsprechend nebenstehender Versuchsskizze soll die Wirkung einer Spule mit Eisenkern in einem Gleichstromkreis untersucht werden. Der Schiebewiderstand ist so eingestellt, dass die beiden Messgeräte die gleiche Stromstärke anzeigen Der Schalter S wird geschlossen. Stellen Sie für den Einschaltvorgang jeweils in einem qualitativen I-t-Diagramm die Stromstärken im Spulenzweig und im Widerstandszweig in Abhängigkeit von der Zeit t dar Für einen neuen Versuch wird die Elektrizitätsquelle für Gleichspannung aus durch eine für Wechselspannung ersetzt. Begründen Sie, wieso die Stromstärke bei geschlossenem Schalters S im Vergleich zu geringer ist Ein Generator hat eine Leistung von 190 MW. Die von ihm bereitgestellte Spannung wird mit einem Transformator mit dem Wirkungsgrad auf 230 kv hochtransformiert. Die elektrische Energie wird über eine Freileitung mit einem elektrischen Widerstandswert von 20 Ω übertragen Berechnen Sie die Sekundärstromstärke des Transformators. [Ergebnis: ] Berechnen Sie die Leistung, die am Ende der Fernleitung zur Verfügung steht Nennen Sie drei Möglichkeiten, die beim Betrieb eines Transformators entstehenden Energieentwertungen möglichst gering zu halten.

3 Nachtermin Atom- und Kernphysik C Der -Strahler Thorium-234 besitzt eine Halbwertszeit von 24 Stunden Stellen Sie die Kernreaktionsgleichung von Th-234 auf Stellen Sie den Verlauf der Aktivität A(t) für einen Zeitraum von sieben Tagen dar, wenn die Anfangsaktivität beträgt Entnehmen Sie dem Diagramm aus den Zeitraum, in dem die Aktivität um 81% gesunken ist. Überprüfen Sie Ihr Ergebnis durch Rechnung. 3.2 In der Thoriumreihe zerfällt das Thoriumisotop Th-232 in das Bleiisotop Pb-208. Berechnen Sie die Anzahl der jeweils auftretenden -und -Zerfälle. 3.3 In folgender Versuchsanordnung befindet sich ein radioaktiver Mischstrahler vor zwei elektrisch geladenen Platten. Übertragen Sie die Skizze auf Ihr Blatt und zeichnen Sie den jeweiligen Strahlenverlauf ein.

4 Nachtermin Energie C Der Olushandja-Stausee im Norden Namibias hat ein maximales Fassungsvermögen von Millionen Kubikmeter. Das aufgestaute Wasser des Kuneneflusses dient zum Betrieb des größten namibischen Kraftwerks bei Ruacana Geben Sie die in einem Stauwasserkraftwerk stattfindenden Energieumwandlungen an Durch die Fallrohre des Kraftwerks, dessen Wirkungsgrad 82% beträgt, strömen bei den Ruacanafällen pro Sekunde 790 m 3 Wasser. Die drei Generatoren liefern dabei jeweils 80 MW. Berechnen Sie die Fallhöhe des Wassers. [Teilergebnis: ] Geben Sie jeweils zwei Vor- und Nachteile von Wasserkraftwerken an Ab Januar 2013 soll ein Gasturbinenkraftwerk bei Walvis Bay für zusätzliche elektrische Energie sorgen. Dieses wird durch das Kudu-Gasfeld vor der Küste Namibias gespeist Nennen Sie zwei Vorteile von Gasturbinenkraftwerken Berechnen Sie das wöchentlich erforderliche Erdgasvolumen, wenn das Gasturbinenkraftwerk einen Wirkungsgrad von 39% hat und eine Nutzleistung von 800 MW liefern soll. Heizwert von Erdgas: [Teilergebnis: ]

5 Nachtermin Elektrizitätslehre I C Zu Aus dem Diagramm: (Zeichnungsbedingte Abweichungen sind möglich.) Die elektrische Leitfähigkeit nimmt mit zunehmender Spannung und Stromstärke ab Erklärung entsprechend dem Unterricht, z. B.: Die Erhöhung der Spannung bewirkt, dass an den Leitungselektronen eine größere elektrische Arbeit verrichtet wird. Bei ihrer Driftbewegung übertragen die freien Elektronen durch Wechselwirkung mit den um ihre Gitterplätze schwingenden Atomrümpfen mehr Energie auf diese. Diese Energiezufuhr bewirkt, dass die Schwingungen der Atomrümpfe stärker werden. Die Wechselwirkungen zwischen den Leitungselektronen und den Atomrümpfen werden damit zahlreicher (wegen der Temperaturerhöhung) und stärker (wegen der Erhöhung der Spannung). Somit nimmt die elektrische Leitfähigkeit ab Durch die Parallelschaltung von R 1 und R 2 ist deren Ersatzwiderstand kleiner als und damit wird der Gesamtwiderstand der Schaltung kleiner. Somit wird bei konstanter Gesamtspannung die Gesamtstromstärke steigen

6 Nachtermin Elektrizitätslehre II C Begründung entsprechend dem Unterricht, z. B.: Aufgrund der anliegenden Wechselspannung ändert sich ständig die Stromrichtung und -stärke in der Spule. Damit ändert sich das von der Spule umfasste Magnetfeld zeitlich. Es entsteht eine Induktionsspannung, die nach der Regel von Lenz der angelegten Spannung entgegenwirkt. Die resultierende Spannung ist ständig kleiner als die angelegte Spannung, so dass die Stromstärke in der Spule geringer ist als in Teilspannung entlang der Freileitung: Nutzbare Leistung am Ende der Freileitung: Möglichkeiten entsprechend dem Unterricht, z. B.: Verwendung eines geblätterten Eisenkerns Verwendung spezieller Legierungen, die sich sehr leicht ummagnetisieren lassen Verringerung des elektrischen Widerstands z. B. durch Kühlen im Ölbad, Verwendung dickerer Spulendrähte Verwendung von Mantel- oder Ringkerntransformatoren

7 Abschlussprüfung 2011 Nachtermin Atom- und Kernphysik C (+ γ) Zu von sind Aus der Zeichnung: (Zeichnungsbedingte Abweichungen sind möglich.) Berechnung: 3.2 Lösung entsprechend dem Unterricht, z. B.: Abnahme der Nukleonenzahl: Anzahl der -Zerfälle: Bei 6 Zerfällen verringert sich die Kernladungszahl: Da die Kernladungszahl jedoch insgesamt um 8 abnimmt, ist die Anzahl der -Zerfälle: 3.3 -Strahlung -Strahlung -Strahlung

8 Nachtermin Energie C Potenzielle Energie des Wassers Fallrohre Kinetische Energie des Wassers Turbine Rotationsenergie der Turbine Generator Elektrische Energie Berechnung der Fallhöhe: Vorteile Nachteile regeneratives Energiereservoir Beeinträchtigung des Landschaftsbildes Regulierungsmöglichkeit bei starken Niederschlägen halt Eingriff in den Grundwasserhaus- keine Kohlenstoffdioxidemission Gefahr eines Dammbruchs Ein Gasturbinenkraftwerk kann sehr rasch hochgefahren werden, dient zur Abdeckung der Spitzenlast, hat einen geringeren Kohlenstoffdioxidausstoß als ein Kohlekraftwerk Energie einer Woche: Benötigtes Erdgasvolumen: